專利名稱：臨界狀態熱機的制作方法
臨界狀態熱機屬熱動力機。
熱動力機是借助某種工作物質，使熱能轉變為機械能的裝置，簡稱熱機，如蒸汽機等。以實現熱為功的工作物質稱為工質。所有熱機，不論種類如何，所用工質有何不同，都是使工質先在一定條件下受熱提高溫度和壓力膨漲作功。工質的熱力性質于作功能力的大小有密切的關系。熱機的工質應備良好的受熱膨漲作功的能力和流動性。氣態物質滿足這些要求，最適宜為工質。通常，所用的工質有空氣、燃氣(燃燒產物)和蒸氣(如水蒸汽)等。在以水為工質的蒸汽熱機中，工質水受熱沸騰成為蒸汽膨脹作功。但要使蒸氣能有效地工作，必須提高蒸氣的溫度，使其具有一定的壓力。通常溫度可達到數百℃。這就使熱機系統處在高溫高壓的工作環境中，另一方面將常溫下的水加熱至數百℃也將消耗大量的能源。
發明的目的是提供一種溫差較小、壓力較高的高效的熱機。
發明是這樣實現的在主要由氣動機、供液泵、加熱器、冷卻器、控制器、管線、工質等構成的臨界狀態熱機系統中，供液泵由氣動機帶動，供液泵的排液口經管線通過加熱器與氣動機的進氣口相聯通，氣動機的排氣口經管線通過冷卻器與供液泵的進液口相聯通，控制器上有工質和潤滑物質加注口，工質及潤滑物質被封閉在這一系統中，供液泵排出的液態工質在通過加熱器升溫后，其溫度高于該工質的臨界溫度以后被完全氣化，體積增大，壓力升高，推動氣動機對外作功，同時帶動供液泵實現循環，作功后，由氣動機排出的氣態工質，在通過冷卻器將其溫度降低到該工質的臨界溫度以下后，在背壓的作用下被液化后再由供液泵排出。如此循環，不斷對外作功。
所謂臨界溫度就是在這一溫度以上，壓強無論多大，氣體不再液化，相應于臨界溫度的等溫線稱為臨界等溫線，臨界等溫線上的拐點稱為臨界點，該點上的壓強稱為臨界壓強。
在該熱機中使用的工質應根據熱機的實際工作環境確定。通常所采用的工質為臨界溫度在10℃～160℃以內的氣體或有機化合物，如二氧化碳、氨、二氧化氮、氧化亞氮、甲醛、乙烷、乙烯、丙烯、正丁烷、異丁烷、硫化氫、二氧化硫等和臨界溫度在10℃以下的氣體或有機化合物，如氬等以及臨界溫度在160℃以上的氣體或有機化合物，如三氧化硫等。最好采用對系統無腐蝕或腐蝕較小的氣體或有機化合物。如二氧化碳、氨、二氧化氮、氧化亞氮等。
現以使用二氧化碳為工質具體說明。二氧化碳的臨界溫度為31.1℃，臨界壓強為7.23MPa，既壓強為7.23MPa以上，溫度為31.1℃以下時為液體。當溫度高于31.1℃無論壓強多大也不會液化。隨著溫度的降低，液化所需的壓強也不斷下降，當溫度降低到13℃時，壓強為4.9MPa以上便可液化。由次看出，在溫度由13℃至31.1℃的18.1℃的溫差間，流體由液體完全轉化為氣體，流體體積變化數百倍，并且壓強差值為2.33MPa以上。據此，在使用二氧化碳為工質的熱機系統中，在加熱端使液態的二氧化碳的溫度升高到31.1℃以上，使其完全轉化為氣體，對外作功，在冷卻端使氣態二氧化碳的溫度降低到13℃以下，使背壓在4.9MPa以上時完全液化，再由供液泵送入加熱端升溫氣化，如次循環不斷對外作功。在實際工作中，加熱端和冷卻端的溫度以及加熱方式和冷卻方式，如太陽能加熱等。根據具體情況及所處的環境確定。
本發明由于利用了工質在臨界溫度上下體積發生巨大差異的特點，通過加熱和冷卻使工質的溫度跨越了臨界溫度，故使熱機系統以一個適當的溫度，在一個較小的溫度差間獲得了一個較大的壓強差。使能耗相應降低，工作更加可靠。另一方面由于可選用工質的范圍大。故使臨界狀態熱機具有了更廣泛的用途，如發電、機動車、火車、艦船等的動力以及應用于航空、航天領域。
以下將結合附圖
對發明作進一步詳細的描述圖中名稱1.加熱器、2.管線、3.管線、4.控制器、5.供液泵、6.氣動機、7.控制器、8.管線、9.管線、10.冷卻器、在主要由氣動機6、供液泵5、加熱器1、冷卻器10、控制器4、控制器7、管線2、管線3、管線8、管線9等，構成的封閉的臨界狀態熱機系統中，供液泵5由氣動機6帶動，供液泵5的出液口經控制器4管線3通過加熱器1再經管線2控制器4與氣動機6的進氣口連通。氣動機6的排氣口經控制器7管線8通過冷卻器10再經管線9控制器7與供液泵5的進液口連通。控制器4中包括由壓力或溫度控制的裝置，用于控制加熱器1的溫度和氣動機6的進氣量及壓力。控制器7中包括，由壓力或溫度控制的裝置，用于控制冷卻器10的溫度和供液泵5的進液量及壓力。控制器4或控制器7上有工質和潤滑物質加注口。
工作方法及原理首先為系統注入工質和潤滑物質。然后啟動加熱器1和冷卻器10開始工作。在系統中液態工質通過加熱器1升溫后，其溫度超過該工質的臨界溫度后完全氣化，體積膨脹，壓力升高，推動氣動機6工作。氣動機6在對外作功的同時帶動供液泵5工作，實現系統的循環，作功后由氣動機6排出的氣態工質，經管線8進入冷卻器10使其溫度降低至該工質的臨界溫度以下，并在氣動機6的背壓作用下完全液化后再經管線9及控制器7進入供液泵5，如此循環不斷對外作功。
權利要求
1.一種主要由氣動機、供液泵、加熱器、冷卻器、控制器、管線、工作物質、潤滑物質等構成的臨界狀態熱機系統其特征是供液泵由氣動機帶動，供液泵的排液口經管線與氣動機的進氣口相聯通，該管線通過加熱器，氣動機的排氣口經管線與供液泵機的進液口相聯通，該管線通過冷卻器，由此構成一個封閉的系統回路，工作物質及潤滑物質被封閉在這一系統中，系統回路上還連接有控制器，供液泵排出的工作物質在通過加熱器升溫至該工作物質的臨界溫度以上，氣動機排出的工作物質在通過冷卻器降溫至該工作物質的臨界溫度以下。
2.由權利要求1所述的臨界狀態熱機其特征是工作物質為臨界溫度在10℃～160℃以內的氣體或有機化合物。
3.由權利要求2所述的臨界狀態熱機其特征是工作物質為二氧化碳。
4.由權利要求2所述的臨界狀態熱機其特征是工作物質為二氧化氮。
5.由權利要求2所述的臨界狀態熱機其特征是工作物質為氧化亞氮。
6.由權利要求2所述的臨界狀態熱機其特征是工作物質為氨。
7.由權利要求2所述的臨界狀態熱機其特征是工作物質為甲醛。
8.由權利要求2所述的臨界狀態熱機其特征是工作物質為乙烷。
9.由權利要求2所述的臨界狀態熱機其特征是工作物質為乙烯。
10.由權利要求1所述的臨界狀態熱機其特征是工作物質為臨界溫度在10℃以下的氣體或有機化合物，如氬等。
11.由權利要求1所述的臨界狀態熱機其特征是工作物質為臨界溫度在160℃以上的氣體或有機化合物，如三氧化硫等。
12.由權利要求1所述的臨界狀態熱機其特征是潤滑物質為固體石墨。
13.由權利要求1所述的臨界狀態熱機其特征是加熱器由太陽能加熱。
全文摘要
臨界狀態熱機屬熱機。是利用工質在臨界溫度時體積的巨大差異的特點,通過加熱和冷卻使該工質的溫度跨越臨界溫度。使系統以適當的溫度和小的溫差獲得一個較大的壓強差。其工質及潤滑物質被封閉在由氣動機、供液泵、加熱器、冷卻器、控制器、管線等構成的系統中。供液泵由氣動機帶動,其排出的液態工質經加熱器升溫至臨界溫度以上被氣化推動氣動機作功。作功后的氣體經冷卻器降溫至臨界溫度以下,被完全液化后再進入供液泵。
文檔編號F03G7/10GK1254057SQ9812236
公開日2000年5月24日 申請日期1998年11月13日 優先權日1998年11月13日
發明者景輝元 申請人:景輝元